Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Menyelesaikan Pendidikan S1 (Terapan) pada Jurusan Teknik Kimia Program Studi Teknik Energi Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang
LAPORAN TUGAS AKHIR
(Pengaruh Konsentrasi Dengan Elektrolit Potassium Hydroxide Terhadap Produksi Gas Hydrogen Pada Hydrogen Fuel Generator) Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Menyelesaikan Pendidikan S1 (Terapan) pada Jurusan Teknik Kimia Program Studi Teknik Energi Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang OLEH : OGI CAHAYA MADA 0610 4041 1394 POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA PALEMBANG 2014
LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN TUGAS AKHIR
PROTOTYPE HYDROGEN FUEL GENERATOR
(Pengaruh Konsentrasi Dengan Elektrolit Potassium Hydroxide Terhadap Produksi
Gas Hydrogen Pada Hydrogen Fuel Generator)
Oleh:
OGI CAHAYA MADA
NIM 061040411394
Palembang, Juni 2014 Pembimbing I, Pembimbing II, Ir. Fatria, M.T. Ir.Erlinawati, NIP.196107051988112001 NIP.195610231986032001 Mengetahui, Mengetahui, Ketua Program Studi, Ketua Jurusan Teknik Kimia S1 (Terapan) Teknik Energi Ir. Arizal Aswan, M Ir. RobertJunaidi,M.T. NIP.195804241993031001 NIP.196607121993031003
ABSTRAK
PROTOTYPE HYDROGEN FUEL GENERATOR
(Pengaruh Konsentrasi Dengan Elektrolit Potassium Hydroxide Terhadap Produksi
Gas Hydrogen Pada Hydrogen Fuel Generator)
(Ogicahayamada, 2014, 105 Halaman, 60 Tabel, 18 Gambar, 4 Lampiran) Saat ini bahan bakar minyak bumi adalah salah satu sumber energi yang paling banyak digunakan. Kondisi ini menyebabkan banyak kalangan sadar akan ketergantungan pada minyak bumi yang harus segera diatasi. Sehinnga beralih dengan teknologi Hydrogen. Teknologi sel bahan bakar ini dengan begitu banyak keuntungan yang dijanjikan menimbulkan gagasan
“hydrogen economy” dimana hidrogen dijadikan sebagai bentuk
energi utama yang dikembangkan. peristiwa penguraian senyawa (H O) menjadi
2
yang melalui air
2
2
tersebut. Pada katode, dua molekul air bereaksi dengan menangkap dua
- tereduksi menjadi gas H
2 dan ion hidrokida (OH ). Sementara itu pada anode, dua
- molekul air lain terurai menjadi gas (O
2 ), melepaskan 4 ion H serta
mengalirkan elektron ke katode. Ion H dan OH mengalami netralisasi sehingga terbentuk kembali beberapa molekul air. Padahidrogen tidak berwarna, tidak berbau, bersifat Pada penelitian ini gas hydrogen dihasilkan melaluli proses elektrolisis dengan menggunakan baterai. Berdasarkan hasil penelitian bahwa gas hidroge yang dihasilkan paling optimal pada konsntrasi 0.075N dan jumlah lempeng 6 sebesar 0.2241 mol elect efisisensi 30.84 %, heat loss 69.14 dan sfc sebesar 21.33 cal/gr Kata kunci : Konsentrasi Elektrolit Potassium Hydroxide, Produksi Gas Hydrogen,
Hydrogen Fuel Generator
ABSTRACT
PROTOTYPE HYDROGEN FUEL GENERATOR
(Effect of Potassium Hydroxide Electrolyte Concentration To Gas Production Of
Hydrogen In Hydrogen Fuel Generator)
(Ogi Cahaya Mada, 2014, 105 Pages, 60 Table, 18 Pictures, 4 Appendix)
Currently petroleum fuel is one of the energy sources most widely used. This condition
causes many people are aware of the dependence on petroleum that must be addressed
immediately. Sehinnga switch with Hydrogen technology. This fuel cell technology with
so many benefits promised raises the idea of "hydrogen economy" where hydrogen serve
as the main form of energy that is developed. events compound decomposition of water
(H2O) into oxygen (O2) and hydrogen gas (H2) by using electric current through the
water. At the cathode, two water molecules react with the capture of two electrons, is
reduced to H2 gas and hidrokida ions (OH-). Meanwhile, on the anode, two other water
molecules break down into oxygen gas (O2), release 4 H + ions and electrons flow to the
cathode. Ions H + and OH-experienced neutralization to form again a few water
molecules. At standard temperature and pressure, hydrogen is colorless, odorless, non-
metallic, single trivalent, and a diatomic gas that is highly flammable hydrogen gas in
this research channeled through the process of electrolysis is generated using the
battery. Based on the research that produced the gas hidroge most optimal konsntrasi 6
0.075N and the number plate of 0.2241 mol elect efficiency of 30.84%, 69.14 and sfc
heat loss at 21:33 cal / gKeywords: Potassium Hydroxide Electrolyte Concentration, Production of Hydrogen
Gas, Hydrogen Fuel Generator:
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat dan karunia-Nya penulis dapat mengerjakan Tugas Akhir dan menyelesaikan laporan ini sebagai salah satu prioritas utama dalam meningkatkan kualitas pendidikan di Jurusan Teknik Kimia Program Studi Teknik Energi Politeknik Negeri Sriwijaya.
Dalam melaksanakan kerja praktek dan menyelesaikan penyusunan laporan ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada :
1. ALLAH SWT yang telah memberikan saya umur panjang dan semua Berkah yang telah di berikannya kepada penulis.
2. Kedua orang tua dan saudaraku yang telah memberikan doa dan dukungan baik secara moril maupun materil
3. R.D. Kusumanto, S.T., M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Sriwijaya.
4. Ir. Robert Junaidi, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya.
5. Zulkarnain, S.T., M.T., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya.
6. Ir. Arizal Aswan, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Energi Politeknik Negeri Sriwijaya.
7. Ibu Ir. Fatria, M.T selaku dosen pembimbing 1 di Politeknik Negeri Sriwijaya
8. Ibu Ir. Erlinawati, M.T selaku dosen pembimbing 2 di Politeknik Negeri Sriwijaya
9. Seluruh dosen pengajar dan staff program studi teknik energy di Politeknik Negeri Sriwijaya 10. Bapak Ahmad Zikri S.T, M,T selaku pembimbing yang menemani saat mengerjakan laporan akhir.
11. Zakir, Tiwi dan Heni yang telah memberikan masukkan dan bantuan dalam menjalankan Tugas akhir
12. Anak – anak EGA angkatan 2010 yang selalu memberikan dukungan dan semangat untuk menjalankan kerja praktek di Star Energy Geothermal Wayang Windu Ltd. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya dan bagi pembaca pada umumnya. Semoga Tuhan memberikan balasan kebaikan kepada semua pihak yang telah membantu penulis. Akhir kata penulis mengharapkan semoga laporan Tugas Akhir ini dapat berguna bagi kita semua.
Palembang, Juli 2014 Penulis
DAFTAR ISI
Halaman2.5.1 Jenis Elektrolit .................................................................. 15
3.2.2 Menghitung Volume Tabung Elektolisis Air ................................... 23
3.2.1 Desain Alat Hydrogen Fuel Generator............................................. 20
3.2 Pendekatan Desain Struktural ................................................................. 19
3.1 Pendekatan Desain Fungsional .............................................................. 19
BAB III METODE PENELITIAN BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
2.7 Menghitung Energi yang digunakan pada Proses Elektrolisis.. 17
yang Dihasilkan …… 16
2
2.6 Perhitungan Penentuan Jumlah Gas H
2.3.1 Jenis Elektrolit .................................................................. 15
2.5 Elektroda……………………………………………………. 12
HALAMAN JUDUL .............................................................................. i KATA PENGANTAR ............................................................................ iv DAFTAR ISI .......................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR .............................................................................. viii DAFTAR TABEL ................................................................................... x
10
2.3.1 Jenis Elektrolit ................................................................... 9 2.4 Gas Hidrogen ..........................................................................
9
7 2.3 Elektrolit ................................................................................
5 2.2 Elektrolisis Air........................................................................
3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sel Elektrolisis ........................................................................
3 1.4 Permasalahan ..........................................................................
3 1.3 Manfaat ...................................................................................
1 1.2 Tujuan .....................................................................................
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .......................................................................
3.2.4 Menghitung Volume Penampung Air atau Bubbler ........................ 23
3.2.4 Menghitung Volume Tabung Penampung Gas H ........................... 23
2
3.3 Waktu dan Tempat .................................................................................. 24
3.4 Alat dan Bahan ........................................................................................ 24
3.4.1 Bahan yang Digunakan .................................................................... 24
3.4.2 Alat yang Digunakan ....................................................................... 24
3.5 Perlakuan dan Rancangan Percobaan .................................................... 24
3.6 Prosedur Percobaan ................................................................................. 25
3.6.1 Pembuatan Reaktor Elektrolisis, Tabung Penampung air dan Tabung Absorber .................................................................................................... 26
3.6.2 Prosedur Percobaan Hydrogen Fuel Generator ................................ 22
BAB IV HASIL dan PEMBAHASAN
4.1 .......................................................................................... Hasil ................................................................................................... 27 4.2 Pembahasan ............................................................................
28
4.2.1 Pengaruh Konsnetrasi dan Jumlah Lempeng Elektroda terhadap Produksi gas hidrogen yang dihasilkan……… 29
4.2.2 Pengaruh Konsnetrasi dan Jumlah Lempeng Elektroda ter hadap Produksi gas Oksigen yang dihasilkan……… 30
4.2.3 Pengaruh Konsnetrasi dan Jumlah Lempeng Elektroda terhadap Efisisensi Elektrik…………………….……… 31
4.2.4 Pengaruh Konsnetrasi dan Jumlah Lempeng Elektroda terhadap % H eat Loss…………………………..……… 32
4.2.5 Pengaruh Konsnetrasi dan Jumlah Lempeng Elektroda terhadap Specific Fuel Consume (sfc)…………..……… 33
BAB V Kesimpulan dan Saran
6.1 ........................................................................................... Kesimpula n ...................................................................................................
35
6.2 ........................................................................................... Saran ..................................................................................................... 35
DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………….. 36
LAMPIRAN ……………………………………………………………. 37
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. ............................................................................................. Elektrolisis Air ...............................................................................................
8 2. ............................................................................................. Tampak Samping Alat Hydrogen Full Generator ....................................
20 3. ............................................................................................. Tampak Atas Alat Hydrogen Full Generator ...........................................
21 4. ............................................................................................. Tampak Depan Alat Hydrogen Full Generator ........................................
22 5. ............................................................................................. Pengaruh Konsntrasi dan Jumlah Lempeng pada Produksi Gas Hidrogen ....................................................................................
29 6. ............................................................................................. Pengaruh Konsntrasi dan Jumlah Lempeng pada Produksi Gas Oksigen ......................................................................................
30 7. ............................................................................................. Pengaruh Konsntrasi dan Jumlah Lempeng terhadap Efisiensi Eletrik .........................................................................................
31 8. ............................................................................................. Pengaruh Konsntrasi dan Jumlah Lempeng terhadap Heat Loss ..................................................................................
32 10. ........................................................................................... Pengaruh Konsntrasi dan Jumlah Lempeng terhadap sfc ...........................
33 11. ........................................................................................... Diagram Neraca Massa pada Hydrogen Fuel Generator dengan
Arus 10 A dan Elektroda 4 Lempeng pada Konsentrasi 0.025 N ......................................................................................
73 12. ........................................................................................... Diagram Neraca Massa pada Hydrogen Fuel Generator dengan
Arus 10 A dan Elektroda 4 Lempeng pada Konsentrasi 0.05 N ........................................................................................
75 13. ........................................................................................... Diagram Neraca Massa pada Hydrogen Fuel Generator dengan
Arus 10 A dan Elektroda 4 Lempeng pada Konsentrasi 0.075 N ........................................................................................
77 14. ........................................................................................... Diagram Neraca Massa pada Hydrogen Fuel Generator dengan
Arus 10 A dan Elektroda 6 Lempeng pada Konsentrasi 0.025 N .......................................................................................
79 15. ........................................................................................... Diagram Neraca Massa pada Hydrogen Fuel Generator dengan
Arus 10 A dan Elektroda 6 Lempeng pada Konsentrasi 0.05 N ........................................................................................
81 16. ........................................................................................... Diagram Neraca Massa pada Hydrogen Fuel Generator dengan
Arus 10 A dan Elektroda 6 Lempeng pada Konsentrasi 0.075 N .......................................................................................
83 17. ........................................................................................... Diagram Neraca Massa pada Hydrogen Fuel Generator dengan
Arus 10 A dan Elektroda 8 Lempeng pada Konsentrasi 0.025 N ......................................................................................
85 18. ........................................................................................... Diagram Neraca Massa pada Hydrogen Fuel Generator dengan
Arus 10 A dan Elektroda 8 Lempeng pada Konsentrasi 0.05 N .........................................................................................
87
19. ........................................................................................... Diagram Neraca Massa pada Hydrogen Fuel Generator dengan
Arus 10 A dan Elektroda 4 Lempeng pada Konsentrasi
0.75 ...................................................................................
89
20.Reaktor Elektrolisis ........................................................................... 94
22. Tabung Bubbler ................................................................................ 94
23. Tabung Absorber .............................................................................. 94
24. Pembuatan Kerangka Alat Hydrogen Fuel Generator ..................... 95
25. Pemasangan Komponen Alat (Bubbler, Reaktor dan Absorber) ...... 95
26. Finishing Pembuatan Alat Hydrogen Fuel Generator ..................... 96
27. Merangkai Kabel Supplay Arus Listrik dari Batre ke Reaktor Elektrolisis .............................................................................................. 96
28. Proses Elektrolisis Air dengan Elektrolit Natrium Hidroksida ........ 97
26. Laju Alir Gas Hasil Elektrolisis Melalui Tabung U ......................... 97
DAFTAR TABEL
TabelHalaman
1. Sifat Fisik Gas Hidrogen ................................................................................... 12
2 Gas Campuran dan Gas H serta O yang dihasilkan
2 2 ………………………… 27
4. Perhitungan Hasil %Elect Effisiensi, % Head Loss, dan Sfc ……………….. 28
3. Hasil Elektrolisis dengan Arus 10 Ampere dan Elektroda 8 Lempeng ............ 36
4. Hasil Elektrolisis dengan Arus 10 Ampere dan Elektroda 6 Lempeng ............ 37
5. Hasil Elektrolisis dengan Arus 10 Ampere dan Elektroda 4 Lempeng ............ 38
6. Hasil Elektrolisis dengan Arus 10 Ampere dan Elektroda 8 Lempeng ............ 39
7. Hasil Elektrolisis dengan Arus 10 Ampere dan Elektroda 6 Lempeng ............ 40
8. Hasil Elektrolisis dengan Arus 10 Ampere dan Elektroda 4 Lempeng ............ 41
9. Hasil Elektrolisis dengan Arus 10 Ampere dan Elektroda 8 Lempeng ............ 42
10. Hasil Elektrolisis dengan Arus 10 Ampere dan Elektroda 6 Lempeng .......... 43
11. Hasil Elektrolisis dengan Arus 10 Ampere dan Elektroda 4 Lempeng .......... 44
12. Hasil Data Pengamatan Pada Reaktor Elektrolisis ......................................... 45
13 . ∆P Tabung U Pada Elektroda 4 Lempeng dan Arus 10 Amper ...................... 48
14 . ∆P Tabung U Pada Elektroda 6 Lempeng dan Arus 10 Amper ...................... 49
15 . ∆P Tabung U Pada Elektroda 8 Lempeng dan Arus 10 Amper ...................... 50
16 . ∆P Tabung U Pada Elektroda 4 Lempeng dan Arus 10 Amper ...................... 51
17 . ∆P Tabung U Pada Elektroda 6 Lempeng dan Arus 10 Amper ...................... 52
18 . ∆P Tabung U Pada Elektroda 8 Lempeng dan Arus 10 Amper ...................... 53
19 . ∆P Tabung U Pada Elektroda 4 Lempeng dan Arus 10 Amper ...................... 54
20 . ∆P Tabung U Pada Elektroda 6 Lempeng dan Arus 10 Amper ...................... 55
21 . ∆P Tabung U Pada Elektroda 8 Lempeng dan Arus 10Amper ....................... 56
22. Laju Alir Untuk Arus 10 Amper dan 4 Lempeng Elektroda .......................... 57
23. Laju Alir Untuk Arus 10Amper dan 6 Lempeng Elektroda ........................... 58
24. Laju Alir Untuk Arus 10 Amper dan 8 Lempeng Elektroda .......................... 58
25. Laju Alir Untuk Arus 10 Amper dan 4 Lempeng Elektroda .......................... 59
26. Laju Alir Untuk Arus 10 Amper dan 6 Lempeng Elektroda .......................... 60
27. Laju Alir Untuk Arus 10 Amper dan 8 Lempeng Elektroda .......................... 61
28. Laju Alir Untuk Arus 10 Amper dan 4 Lempeng Elektroda .......................... 62
29. Laju Alir Untuk Arus 10 Amper dan 6 Lempeng Elektroda .......................... 63
30. Laju Alir Untuk Arus 10 Amper dan 8 Lempeng Elektroda .......................... 64
31. Jumlah Gas ynag Dihasilkan Secara Teori ..................................................... 68
32. Jumlah Gas ynag Dihasilkan Secara Praktek .................................................. 69
33. Jumlah Oksigen yang terserap pada Bubbler .................................................. 70
34. Perhitungan H
2 O yang Terserap Absorber...................................................... 71
35. Neraca Massa Pada Reaktor Untuk arus 10 Amper dan 4 Lempeng Elektrod 71
36. Neraca Massa Pada BubblerElektrolisis Untuk Arus 10 Amper dan 4 Lempeng Elektroda………..…………..................................................................................72
37. Neraca Massa Pada Absorber Elektrolisis Untuk Arus 10 Amper dan
4Lempeng Elektroda ............................................................................................. 72
38. Neraca Massa pada Reaktor Elektrolisis Untuk Arus 10 Amper dan 6 Lempeng Elektrodaa ............................................................................................. 73
39. Neraca Massa Pada Bubbler Elektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 6 Lempeng Elektroda ..................................................................................... 73
40. NeracaMassa Pada Absorber Elektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 6 Lempeng Elektroda ..................................................................................... 73
41. Neraca Massa pada Reaktor Elektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 8 Lempeng Elektroda .................................................................................... 75
42. Neraca Massa Pada BubblerElektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 8 Lempeng Elektroda .................................................................................... 75
43. Neraca Massa Pada AbsorberElektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 8 Lempeng Elektroda .................................................................................... 75
44. Neraca Massa pada Reaktor Elektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 4 Lempeng Elektroda .................................................................................... 77
45. Neraca Massa Pada BubblerElektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 4 Lempeng Elektroda ..................................................................................... 77
46.Neraca Massa Pada AbsorberElektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 4Lempeng Elektroda ............................................................................................................... 77
47. Neraca Massa pada Reaktor Elektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 6 Lempeng Elektroda ............................................................................................................... 79
48. Neraca Massa Pada BubblerElektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 6 Lempeng Elektroda ............................................................................................................... 79
49.Neraca Massa Pada AbsorberElektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 6Lempeng Elektroda ............................................................................................................... 79
50. Neraca Massa pada Reaktor Elektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 8 Lempeng Elektroda ............................................................................................................... 81
51. Neraca Massa Pada BubblerElektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 8 Lempeng Elektroda ............................................................................................................... 81
52.Neraca Massa Pada AbsorberElektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 8Lempeng Elektroda ............................................................................................................... 81
53. Neraca Massa pada Reaktor Elektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 4 Lempeng Elektroda ............................................................................................................... 83
54. Neraca Massa Pada BubblerElektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 4 Lempeng Elektroda ............................................................................................................... 83
55.Neraca Massa Pada AbsorberElektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 4Lempeng Elektroda ............................................................................................................... 83
56. Neraca Massa pada Reaktor Elektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 6 Lempeng Elektroda ............................................................................................................... 85
57. Neraca Massa Pada BubblerElektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 6 Lempeng Elektroda ............................................................................................................... 85
58.Neraca Massa Pada AbsorberElektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 6Lempeng Elektroda ............................................................................................................... 85
59. Neraca Massa pada Reaktor Elektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 8 Lempeng Elektroda ............................................................................................................... 87
60. Neraca Massa Pada BubblerElektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 8 Lempeng Elektroda ............................................................................................................... 87
61.Neraca Massa Pada AbsorberElektrolisis Untuk arus 10 Amper dan 8Lempeng Elektroda ............................................................................................................... 87
62. Energi yang Digunaka pasa Proses Elektrolisi ............................................... 92
63. Efisiensi Elektrik dan % Heat Lossserta SFC (Sfecific Fuel Consume) .................................................................................................................
………..93